Dilution multi-isotopique pour la quantification dans l’analyse de spéciation des métaux à l’échelle du métabolome et du protéome – MIDQuant

L'objectif du projet est de développer un nouveau concept pour la quantification dans l'analyse de spéciation à grande échelle des complexes métalliques avec des ligands de faible masse moléculaire (métallo-métabolomique) et des protéines (métalloprotéomique).

Le concept est basé sur l'ajout d'un mélange d'espèces isotopiquement enrichies (dans le cas de complexes covalents) ou d'ions d’isotopes métalliques (spike multi-isotopique) dans le cas des complexes de coordination. Cette étape est suivie de la mesure des changements dans la composition isotopique des métaux à l'aide de la spectrométrie de masse par électrospray haute résolution (Orbitrap MS et Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance MS), simultanément ou quasi-simultanément (après HPLC), dans chaque composé métallique présent.

La première conséquence pratique de l'ajout de l'isotope enrichi sera la possibilité d'analyser de grands ensembles de données MS pour des motifs isotopiques modifiés. Cela permettra d'identifier les sous-ensembles d'espèces métalliques présentes et de les caractériser ensuite à l'aide de la masse moléculaire précise et de la fragmentation MSn.

Au niveau de la métrologie, le projet tirera parti de la quasi-non-vulnérabilité des mesures des rapports isotopiques au recouvrement chromatographique incomplet, à la stabilité des complexes au cours de l’extraction et de la chromatographie, et à l’effet de matrice sur l'ionisation, pour une quantification relative ou absolue à grande échelle dans l'analyse de la spéciation. Le potentiel de la spectrométrie de masse Orbitrap et FTICR sera exploré pour la mesure des rapports isotopiques en mode haute résolution (>500,000) simultanément pour des centaines d'espèces avec des valeurs de précision s'approchant de celles régulièrement obtenues avec des instruments à secteur magnétique. Dans un premier temps, le concept sera appliqué pour quantifier des dizaines d'espèces covalentes (comme le métabolome du sélénium dans la levure enrichie en sélénium) par rapport à un matériau de référence standard.

Le projet étudiera dans quelle mesure les complexes métalliques avec des ligands biologiques sont susceptible d'échanger des ions isotopiques dans des échantillons naturels. Sur la base d'expériences préliminaires, on s'attend à ce que le spike isotopique ajouté en excès consomme d'abord l'excès de ligand, puis échange avec les ions métalliques naturellement présents dans les complexes. La mesure des changements dans les rapports isotopiques, combinée à la connaissance des quantités initialement présentes d'éléments et du spike isotopique ajouté, devrait permettre de quantifier les espèces métalliques individuelles, réduisant considérablement le besoin de standards authentiques pour chaque complexe métal-ligand présent.

La vitesse de l’échange isotopique en fonction du ligand protéique sera mesurée et étudiée comme un outil pour distinguer les vraies métalloprotéines (avec l’ion de métal comme centre de coordination, potentiellement stables thermodynamiquement et cinétiquement) et les protéines liant les métaux (potentiellement labile) au niveau du protéome.